降低熱風(fēng)爐煙氣SO2濃度技術(shù)研究

董成國(guó)

石橫特鋼集團(tuán)有限公司，中國(guó)·山東 泰安 271612

熱風(fēng)爐煙氣SO2 含量；硫負(fù)荷；超低排放

1 引言

2020年國(guó)家超低排放新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定熱風(fēng)爐煙氣排放SO2含量小時(shí)均值不得超過50mg/m3，面對(duì)環(huán)保高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，探索研究控制措施和優(yōu)化操作制度，降低熱風(fēng)爐煙氣SO2含量，實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，是當(dāng)前煉鐵高爐共同努力的方向。

2 目前主要問題

2019年以來，在控制入爐硫負(fù)荷不超4.10Kg/t，燒爐用高爐煤氣消耗不超100000m3/h 的條件下，熱風(fēng)爐煙氣SO2含量仍偶有瞬時(shí)數(shù)值超出50mg/m3甚至超標(biāo)較多情況，操作上通過采取降低燒爐強(qiáng)度、甚至短暫停燒措施，可確保小時(shí)均值控在超低排放要求范圍之內(nèi)，這在一定程度上限制了熱風(fēng)爐生產(chǎn)效率的最大發(fā)揮，高爐高風(fēng)溫使用造成一定影響，從經(jīng)濟(jì)性考慮，控?zé)郎p排治標(biāo)不治本，絕非長(zhǎng)久之策。

3 高爐煤氣作為煉鐵熱風(fēng)爐燒爐的主要燃料，是降低硫含量的直接有效手段

高爐冶煉中大部分的硫被爐渣及生鐵帶走，少量進(jìn)入煤氣由爐頂排出，目前高爐煤氣多為干法除塵工藝，不具備煤氣脫硫功能，高爐煤氣在未經(jīng)過脫硫處理情況下，用作熱風(fēng)爐燒爐燃料，燒爐產(chǎn)生的SO2隨煙氣排放?？梢酝ㄟ^優(yōu)化高爐操作，控制生鐵硫含量、增加爐渣帶出硫含量，選擇適宜的造渣制度、控制合理的渣鐵溫度、減少操作因素影響等手段，降低高爐煤氣硫含量。

3.1 適宜的造渣制度

高爐脫硫的主要原理是生鐵中的硫和爐渣中的氧化鈣反應(yīng)生成硫化鈣。一般情況下，隨堿度升高，高爐脫硫效果提高，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，1080m3高爐爐渣堿度適合控制在1.15～1.20。

堿度過高使?fàn)t渣的流動(dòng)性變壞，進(jìn)一步阻礙硫的擴(kuò)散反而不利于鐵水脫硫，氧化鎂因呈堿性，也具一定的脫硫能力，渣中含有適量的氧化鎂，含量控制在9～10%，既可保證脫硫能力，又可改善爐渣流動(dòng)性。

三氧化二鋁屬兩性氧化物，在高爐爐渣中以酸性氧化物存在，所以三氧化二鋁的存在不利于脫硫，同時(shí)其含量過高也影響爐渣流動(dòng)性及軟熔帶透氣性，日常生產(chǎn)中控制爐渣三氧化二鋁含量不超16.5%為宜。

亞鐵的存在對(duì)脫硫極為不利，因會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

自由氧濃度增加，對(duì)脫硫不利，因此渣中亞鐵要盡量少，控制在0.30%以內(nèi)為宜，2019年全年1080m3高爐爐渣亞鐵平均含量為0.25%。

3.2 渣鐵溫度

溫度對(duì)爐渣脫硫能力的影響有兩個(gè)方面：一是脫硫?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，提高溫度利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行；二是提高溫度降低了爐渣粘度，促進(jìn)硫離子、氧離子的擴(kuò)散，也對(duì)脫硫反應(yīng)有利。1080m3高爐鐵水溫度控制在1490℃及以上。

3.3 操作因素

當(dāng)高爐不順，煤氣流分布失常，爐缸工作不均勻時(shí)，高爐脫硫效果降低，高爐煤氣中硫含量升高，煤氣熱值降低。因此，保證高爐順行是充分發(fā)揮爐渣脫硫能力、降低高爐煤氣含硫量的重要條件。

4 降低熱風(fēng)爐煤氣消耗，可有效降低SO2 排放

4.1 優(yōu)化熱風(fēng)爐燒爐參數(shù)

開始燃燒時(shí)，使用熱風(fēng)爐能接受最大煤氣量和最小空氣過剩系數(shù)，使?fàn)t頂溫度在短時(shí)間內(nèi)(15～20min)達(dá)到規(guī)定指數(shù)(1350℃)，并保持此指數(shù)到燃燒期終了，空煤比例控制在1：1.3為宜。燒爐前期煤氣流量逐步增加，煙氣中SO2含量呈不斷升高趨勢(shì)，要注意防止煤氣壓力波動(dòng)影響煙氣SO2含量超標(biāo)，同時(shí)防止助燃風(fēng)過剩影響煙氣O2含量過高，一般情況燒爐過程中控制煙氣O2含量在1～3%水平[2]。

4.2 增加煤氣與空氣的雙預(yù)熱工藝技術(shù)

2018年4月份大修期間新增雙預(yù)熱后，可把煤氣預(yù)熱溫度提至230℃以上，空氣預(yù)熱溫度保持在250℃以上，節(jié)省了高爐煤氣，同時(shí)提高了風(fēng)溫使用，增加了噴煤量，降低了高爐焦比，降低了高爐煤氣硫含量。

4.3 制定合理的燒爐制度和送風(fēng)制度

根據(jù)煤氣壓力波動(dòng)，靈活調(diào)整燒爐方法，加強(qiáng)對(duì)流傳熱，強(qiáng)化熱風(fēng)爐中、下部的熱交換作用，有效節(jié)約燃料。

熱風(fēng)爐送風(fēng)時(shí)間不要太長(zhǎng)，一般單爐送風(fēng)控制在60～75min，這樣蓄熱耐火磚熱效率高，采用交叉并聯(lián)式送風(fēng)制度，可穩(wěn)定高爐風(fēng)壓以穩(wěn)定爐況，還可兼顧高風(fēng)溫與煤氣消耗的降低。

熱風(fēng)爐煙道上安裝煙氧分析儀，嚴(yán)格按照廢氣溫度控制燒爐，參考熱風(fēng)爐廢氣氧含量控制要求調(diào)整空煤比，減少熱風(fēng)爐噸鐵煤氣消耗量。

使用自動(dòng)燒爐技術(shù)，提高自動(dòng)化水平，有效降低熱風(fēng)爐煤氣消耗。

5 保持高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，杜絕爐況波動(dòng)影響高爐煤氣熱值及硫含量波動(dòng)

5.1 入爐原燃料質(zhì)量保障

焦炭占爐內(nèi)料柱體積的43.5%，在高爐冶煉過程中起到至關(guān)重要的料柱骨架作用。完善自產(chǎn)焦炭關(guān)鍵質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：25～40mm 粒級(jí)≤27.4%、1200℃熱強(qiáng)度≥41%，1100℃熱強(qiáng)度高達(dá)70%以上，大大提高焦炭料柱骨架作用，改善了爐內(nèi)透氣性和爐缸透氣、透液性。

燒結(jié)礦占入爐含鐵料比例75%左右，提高自產(chǎn)燒結(jié)礦強(qiáng)度，改善粒度分級(jí)、冶金性能和質(zhì)量穩(wěn)定性，更好地滿足高爐高冶強(qiáng)生產(chǎn)的需求。明確燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)（大于3.15mm）內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為65%，當(dāng)前實(shí)際指標(biāo)在70%以上，燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率由88%提至95%及以上，混合料SiO2穩(wěn)定率控制標(biāo)準(zhǔn)由67%提至74%，當(dāng)前穩(wěn)定率達(dá)75%及以上。

提高入爐前篩分，應(yīng)用新設(shè)備、采用新技術(shù)、設(shè)備改造，“粗糧細(xì)作”，降低入爐粉率，提升高爐高冶強(qiáng)生產(chǎn)保障。進(jìn)廠塊礦在料場(chǎng)進(jìn)行預(yù)篩分、槽下引進(jìn)波紋篩篩分塊礦、燒結(jié)生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行塊礦烘干、直供球團(tuán)礦與塊礦在槽上混裝烘干塊礦。槽上燒結(jié)礦半倉(cāng)上料改為高倉(cāng)位運(yùn)行、槽下引進(jìn)強(qiáng)力復(fù)頻振篩篩分燒結(jié)礦、創(chuàng)新性改造轉(zhuǎn)運(yùn)倉(cāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)降低燒結(jié)礦轉(zhuǎn)運(yùn)流程落差。槽下控制篩分料流≤25kg/s，通過以上措施的采取，高爐入爐粉率（＜5mm）大幅降至2%以內(nèi)。

有效控制有害元素入爐，噸鐵入爐堿負(fù)荷(K2O+Na2O)≤ 3.8kg、Zn 負(fù)荷≤0.4kg、Pb 負(fù)荷≤0.15kg。

5.2 制定并嚴(yán)格執(zhí)行合理的操作制度。

堅(jiān)持“保證中心氣流、兼顧邊緣”的控制原則，礦批不低于38t/批、焦層厚度不低于400mm、礦焦正角差，保證煤氣利用率在45%以上。

生鐵[Si] 0.30-0.60%、[S] 0.020-0.050%，爐渣Al2O3含量不超16.5%，MgO 含量9-10%，鐵水溫度要求1490℃以上，確保爐缸充沛熱量和良好的工作狀態(tài)。

6 有效控制入爐硫負(fù)荷，從根源降低硫負(fù)荷

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，入爐硫負(fù)荷升高1kg/t，高爐統(tǒng)計(jì)得熱風(fēng)爐煙氣SO2含量可升高30～60 mg/m3，因此，控制入爐硫負(fù)荷是降低熱風(fēng)爐煙氣SO2含量的關(guān)鍵。煉鐵高爐冶煉過程中的硫，80%以上來自焦炭及噴吹燃料，除了降低自產(chǎn)焦炭硫含量以外，降低高爐燃料消耗、提高煤比、控制濕熄焦入爐比例是為有效措施。

（1）降低燃料消耗。在保持入爐精料的條件下，高爐可以優(yōu)化操作手段，進(jìn)一步追求生產(chǎn)低消耗。優(yōu)化料制調(diào)整，做好下部調(diào)劑配合，發(fā)展中心氣流，提高煤氣利用率。優(yōu)化布料矩陣，形成穩(wěn)定的“平臺(tái)+漏斗”料面，運(yùn)用大礦批、大角差技術(shù)來減少礦焦界面反應(yīng)，穩(wěn)定氣流分布，抑制或減輕爐墻渣皮脫落，提高煤氣利用率，降低燃料消耗。

（2）提高煤比，煤代焦降低入爐硫負(fù)荷。做好入爐原燃料質(zhì)量保障，維持自產(chǎn)焦炭、燒結(jié)礦較好的強(qiáng)度，降低入爐粉率，保證高爐良好的料柱透氣性。除此之外，提高入爐品位，控制品位不低于57.5%，降低高爐渣量至350kg/t 及以下，改善料柱尤其是爐內(nèi)軟熔帶透氣性，為提高煤比創(chuàng)造有利條件。

（3）濕熄焦比例增加勢(shì)必帶來燃料比升高，進(jìn)而導(dǎo)致入爐硫負(fù)荷升高，1080m3高爐控制濕熄焦比例至10%以下，是降低降熱風(fēng)爐煙氣SO2含量的重要舉措。

7 異常情況應(yīng)對(duì)處理

（1）高爐停氧時(shí)，要時(shí)時(shí)關(guān)注排放指標(biāo)異常變化，及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（2）高爐減風(fēng)時(shí)，煤氣壓力低，應(yīng)安排一座熱風(fēng)爐進(jìn)行悶爐，做好對(duì)其他正常燃燒爐的煤氣、空氣配比調(diào)節(jié)，廢氣氧含量須控制在下限1～3%，并密切關(guān)注排放指標(biāo)。

（3）高爐大減風(fēng)時(shí)，煤氣壓力極低，先燜熱風(fēng)爐，但燜爐時(shí)間應(yīng)＜10min，在燜爐期間極力協(xié)調(diào)煤氣壓力，爭(zhēng)取最短時(shí)間內(nèi)讓熱風(fēng)爐燒爐，來補(bǔ)救在線排放指標(biāo)。

（4）在熱風(fēng)爐燜爐前，噴煤應(yīng)立即關(guān)閉從熱風(fēng)爐取廢氣的閥門，防止空氣倒流煙囪，使在線排放指標(biāo)中的氧含量迅速增高。

（5）熱風(fēng)爐燜爐期間，全開空氣放散，助燃風(fēng)機(jī)進(jìn)口調(diào)至最小，大于1 小時(shí)應(yīng)停助燃風(fēng)機(jī)。

（6）高爐減風(fēng)完成，回風(fēng)時(shí)，應(yīng)在高爐風(fēng)壓達(dá)到250～300Kpa 時(shí)，再進(jìn)行燒爐（具體要根據(jù)高爐順行程度而定），待煤氣壓力恢復(fù)正常時(shí)在進(jìn)行燒爐操作。

8 結(jié)語(yǔ)

近一年來，熱風(fēng)爐煙氣SO2含量平均控制在38.42mg/m3，較前期57.37 mg/m3降低了33.03%，達(dá)到國(guó)家2020年超低排放標(biāo)準(zhǔn)（煉鐵熱風(fēng)爐實(shí)測(cè)煙氣SO2小時(shí)平均值≤50 mg/m3），既創(chuàng)造了效益，又帶動(dòng)了低品質(zhì)高硫物料消耗。